JP2018006182A - フィルム外装電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型化を可能にしつつ、膨張時に意図した位置でより確実にガスを放出させることができるフィルム外装電池を提供する。【解決手段】フィルム外装電池は、外装フィルムを外装体とする電池本体と、電池本体の一方の短辺からそれぞれ引き出された、正極端子及び負極端子からなる2つの外部端子とを有し、電池本体の外周に設けられた外装フィルムを封止する固着部のうちの電池本体の長辺に、該電池本体内で発生したガスを放出させるための開放弁が設けられた構成である。【選択図】図1

Description

本発明は外装フィルムを外装体とするフィルム外装電池に関する。
近年、携帯電話、ノート型やタブレット型のパーソナルコンピュータ等の各種携帯機器の普及により、該携帯機器の電源に用いる二次電池の軽量化や薄型化が強く望まれている。そのため、二次電池は、従来の金属缶に代わって、金属フィルム、あるいは金属薄膜と熱融着性樹脂フィルムとを積層したラミネートフィルム等を外装体に用いるフィルム外装電池が増えてきている。
一般に、フィルム外装電池は、シート状の正極及び負極がセパレータを間に有して積層または巻回されて、電解液と共に外装体である外装フィルムの内部に封入された構成である。外装フィルムからは、電極引き出しタブを介して正極及び負極と接続された外部端子(正極端子及び負極端子)が引き出される。
ところで、二次電池は、規格値を越えて過剰に充電または放電されたり、高温環境下に曝されたりすると、電解液の電気分解や加熱分解によりガスが発生して内圧が上昇することが知られている。フィルム外装電池は、上述したように外装体に可撓性及び柔軟性を有する金属フィルムやラミネートフィルム等の外装フィルムを用いている。そのため、ガスの発生により内圧が上昇すると、外装フィルムが膨張し、最悪の場合は破裂するおそれがある。このとき、破裂箇所によっては噴出したガスが周囲の電気回路や基板等に悪影響を与える可能性があるため、フィルム外装電池では、破裂に至る前に意図する方向(例えば、電気回路や基板等が存在しない方向)へガスを放出(ベント)させることが望ましい。
フィルム外装電池にベント機構(開放弁)を備えた構成は、例えば特許文献1〜4で提案されている。
特許文献1及び2には、熱融着することで封止されたフィルム外装電池の外周の一辺に、内部と連通する熱融着していない2つの非融着部を設け、該2つの非融着部間に貫通穴を設けた熱融着部位(固着部)を配置した構成が記載されている。また、特許文献2には、フィルム外装電池の外周の対向する2辺から引き出される外部端子(正極端子及び負極端子)の近傍に貫通穴を設けた構成が記載されている。
特許文献3には、フィルム外装電池の外周の固着部(熱融着された部位)のさらに内側に外装フィルムどうしが固着されたベント部が設けられ、該ベント部に貫通穴を設けた構成が記載されている。
特許文献1−3に記載されたフィルム外装電池では、フィルム外装電池の内圧上昇による膨張時に、熱融着された外装フィルムのうち、貫通穴を設けた部位が最初に引き剥がされることでベント機構(開放弁)として作用する。
特許文献4には、フィルム外装電池の外周の一辺に電池温度の上昇時に軟化溶融する安全弁部材を設け、ガスの発生を伴う電池の温度上昇時に安全弁部材が変形して開口することでガスを外部へ排出することが記載されている。
なお、フィルム外装電池にベント機構を設けた構成ではないが、特許文献5には、フィルム外装電池の表裏の主面を通る経路を帯状の拘束部材で拘束することで、ガスの発生による外装フィルムの膨張時に開裂する固着部の位置を制御できることが記載されている。
特開2005−203262号公報 特開2010−238860号公報 特開2011−198742号公報 特許第4622019号公報 特開2013−004260号公報
上述した特許文献1や2に記載されたフィルム外装電池では、内部と連通する非融着部の周囲を覆うように外装フィルムを熱融着させた固着部を設ける必要があるため、貫通穴を含むベント機構が外周から突出した形状となる。そのため、特許文献1や2に記載された構成は、より小型化が要求される電気機器で採用し難い場合がある。
一方、特許文献3や4に記載されたフィルム外装電池は、外周部の固着部内に貫通穴や電池温度の上昇時に軟化溶融する安全弁部材を設ける構成であるため、特許文献1や2に記載された構成のように突出部位を設ける必要は無い。また、特許文献5に記載されたフィルム外装電池は、ベント機構である貫通穴や安全弁部材等を備えていない。そのため、特許文献3−5に記載されたフィルム外装電池は、特許文献1や2に記載された構成と比べて小型化が可能になる。
しかしながら、特許文献3や4に記載された構成では、貫通穴や安全弁部材が、その位置によってはベント機構として確実に動作しない可能性がある。また、特許文献5に記載されたフィルム外装電池は、外装フィルムの膨張時に開裂する位置をある程度コントロールすることはできるが、意図した位置で確実に開裂させることはできない。
本発明は上述したような背景技術が有する課題を解決するためになされたものであり、小型化を可能にしつつ、膨張時に意図した位置でより確実にガスを放出させることができるフィルム外装電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため本発明のフィルム外装電池は、
外装フィルムを外装体とする電池本体と、
前記電池本体の一方の短辺からそれぞれ引き出された、正極端子及び負極端子からなる2つの外部端子と、
を有し、
前記電池本体の外周に設けられた前記外装フィルムを封止する固着部のうちの前記電池本体の長辺に、前記電池本体内で発生したガスを放出させるための開放弁が設けられた構成である。
または、外装フィルムを外装体とする電池本体と、
前記電池本体の一方の短辺からそれぞれ引き出された、正極端子及び負極端子からなる2つの外部端子と、
前記電池本体の長辺を分割するように、前記電池本体を、その短辺と平行な方向で拘束する帯状の固定バンドと、
を有し、
前記固定バンドは、前記電池本体の短辺が該固定バンドで分割された領域の長辺となるのに必要な幅であり、
前記電池本体の外周に設けられた前記外装フィルムを封止する固着部のうちの前記電池本体の短辺に、前記電池本体内で発生したガスを放出させるための開放弁が設けられた構成である。
本発明によれば、小型化を可能にしつつ、膨張時に意図した位置でより確実にガスを放出させることができるフィルム外装電池が得られる。
第1の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。 第2の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。 第3の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。 第4の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。 第5の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。 第6の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。 第7の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。 本発明のフィルム外装電池に好適な開放弁の一構成例を示す平面図である。 本発明のフィルム外装電池に好適な開放弁の他の構成例を示す平面図である。
次に本発明について図面を用いて説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。
図1に示すように、第1の実施の形態のフィルム外装電池は、電池本体1と、正極端子及び負極端子からなる2つの外部端子2とを備え、外部端子2が電池本体1の一方の短辺からそれぞれ引き出された構成である。
電池本体1は、シート状の正極及び負極(不図示)がセパレータ(不図示)を間に有して積層または巻回されて、電解液と共に外装体である外装フィルム11の内部に封入された構成である。電池本体1の外周は2枚の外装フィルム11どうしが熱融着されることで封止され、該熱融着された部位(固着部12)のうちの一方の長辺に上記ベント機構となる開放弁13が設けられている。開放弁13は、例えば固着部12に貫通穴を設けることで形成される。貫通穴は一方の外装フィルム11のみに設けられていてもよい。図1では、電池本体1の一方の長辺の略中央部に開放弁13が設けられた構成例を示しているが、開放弁13の位置は略中央部である必要はなく、中央部からずれた位置にあってもよい。
このような構成において、図1に示したフィルム外装電池が過剰に充電または放電されたり、一時的に高温になったりする等によって電池本体1内部でガスが発生すると、上述したように電池本体1の外装フィルム11が膨張する。
ここで、図1に示したフィルム外装電池では、電池本体1の膨張時、該電池本体1長辺の略中央部において、短辺と平行な断面形状が真円状になるまで膨張する。すなわち、電池本体1の膨張時、その膨張量は短辺の長さに依存する。このとき、電池本体1の外周では、短辺側よりも長辺側で外装フィルム11に強い引き剥がし応力が発生し、特に断面形状が真円状になる長辺の略中央部において最も強い引き剥がし応力が発生する。そのため、開放弁13を電池本体1の長辺側に設ければ、電池本体1の膨張時に比較的低い内圧で該開放弁13が引き剥がされてガスが放出される。特に、開放弁13を電池本体1長辺の略中央部に設ければ、より低い内圧で該開放弁13からガスを放出させることができる。なお、開放弁13が引き剥がされてガスが放出される電池本体1の内圧を、以下では「開放圧」と称す。
本実施形態のフィルム外装電池によれば、開放弁13を電池本体1外周の固着部12に設けているため、上述した特許文献1や2に記載された構成のように突出部位を設ける必要は無い。したがって、小型化を可能にしつつ、膨張時に、開放弁13を設けた位置、すなわち意図した位置で、より確実にガスを放出させることができる。
(第2の実施の形態)
図2は、第2の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。
図2に示すように、第2の実施の形態のフィルム外装電池は、熱融着等によって封止された電池本体1外周の固着部12のうちの一方の短辺(図2では外部端子2間)に開放弁13が設けられている。また、第2の実施の形態のフィルム外装電池は、電池本体1の長辺を2分割するように、該電池本体1を、その短辺と平行な方向に拘束する帯状の固定バンド3を備えた構成である。固定バンド3は、電池本体1の短辺が該固定バンド3で分割された領域の長辺となるのに必要な幅に設定される。固定バンド3には、例えば耐熱性を有する合成樹脂バンドあるいは金属バンド等を用いればよい。その他の構成は、図1に示した第1の実施の形態のフィルム外装電池と同様であるため、その説明は省略する。
上述したように、第1の実施の形態のフィルム外装電池は、電池本体1の膨張時、該電池本体1長辺の略中央部において、短辺と平行な断面形状が真円状になるまで膨張する。一般に、フィルム外装電池は、所要の筐体に収納されて使用されるため、該筐体が可塑性を有する合成樹脂等で構成されている場合、フィルム外装電池が膨張すると、それに伴って筐体が破損してしまう可能性がある。
そこで、第2の実施の形態では、図2に示すように帯状の固定バンド3を用いて電池本体を拘束することで該電池本体の膨張量を抑制する。このとき、電池本体1の短辺は、固定バンド3で分割された領域にとって長辺となるため、電池本体1の短辺を疑似的に長辺として扱うことができる。そのため、第2の実施の形態では、電池本体1の短辺(図2に示す例では外部端子2間)に開放弁13を設けている。
なお、固定バンド3により電池本体1を拘束すると、電池本体1の膨張時に、その膨張量が抑制されるため、第1の実施の形態のフィルム外装電池と比べて、外装フィルム11に対する引き剥がし応力が低下する。そのため、第2の実施の形態のフィルム外装電池は、第1の実施の形態のフィルム外装電池と比べて開放圧がわずかに高くなってしまう(空き難くなる)。本出願人の実験によれば、第2の実施の形態のフィルム外装電池は、第1の実施の形態のフィルム外装電池と比べて開放圧が10%程度上昇することを確認している。
したがって、第2の実施の形態で示した構成は、ガスの放出方向を電池本体1の短辺側に設定したい場合やフィルム外装電池の膨張時における筐体の保護が必要な場合に採用すればよい。
第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果が得られると共に、フィルム外装電池の膨張に伴う、該フィルム外装電池を収納する筐体の破損を防止できる。
(第3の実施の形態)
図3は、第3の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。
図3に示すように、第3の実施の形態のフィルム外装電池は、電池本体1外周の固着部12において、2つの外部端子2のうち、一方の外部端子2の引き出し部の近傍に開放弁13を設けた構成である。その他の構成は、図2に示した第2の実施の形態のフィルム外装電池と同様であるため、その説明は省略する。
図3に示すような第3の実施の形態のフィルム外装電池においても、第2の実施の形態のフィルム外装電池と同様の効果を得ることができる。
なお、上述したように、フィルム外装電池では、開放弁13を電池本体1長辺の略中央部に設ければ、より低い内圧で該開放弁からガスを放出させることができる。そのため、第3の実施の形態のフィルム外装電池は、開放弁13が電池本体1短辺の略中央部に設けられた第2の実施の形態のフィルム外装電池よりも開放圧が高くなる。
しかしながら、本出願人の実験によれば、図2に示したフィルム外装電池の開放圧に対する、図3に示すフィルム外装電池の開放圧の上昇量はわずか(30%程度)であるため、開放弁13が電池本体1短辺の略中央部に無くても実用上大きな問題とはならない。
(第4の実施の形態)
図4は、第4の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。
図4に示すように、第4の実施の形態のフィルム外装電池は、電池本体1外周の固着部12において、外部端子2の無い他方の短辺の略中央部に開放弁13を設けた構成である。その他の構成は、図2に示した第2の実施の形態のフィルム外装電池と同様であるため、その説明は省略する。
図4に示すような第4の実施の形態のフィルム外装電池においても、第2の実施の形態のフィルム外装電池と同様の効果を得ることができる。
(第5の実施の形態)
図5は、第5の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。
図5に示すように、第5の実施の形態のフィルム外装電池は、電池本体1外周の固着部12のうちの一方の長辺に開放弁13を設け、電池本体1の短辺を分割するように、該電池本体1を、その長辺と平行な方向に拘束する帯状の固定バンドを有する構成である。
図5に示すような第5の実施の形態のフィルム外装電池においても、第2の実施の形態のフィルム外装電池と同様の効果を得ることができる。
なお、第5の実施の形態のフィルム外装電池では、図5で示すように固定バンド3により電池本体1の長辺方向を拘束するため、第2〜第4の実施の形態で示したフィルム外装電池と比べて固定バンド3が長くなる。そのため、第2〜第4の実施の形態と比べて固定バンド3のコストが上昇する。
また、第5の実施の形態のフィルム外装電池では、固定バンド3で分割された領域の短辺の長さが、第2〜第4の実施の形態で示したフィルム外装電池と比べて短くなる。上述したように、フィルム外装電池では、電池本体1の膨張時、その膨張量は短辺の長さに依存するため、長辺に対する短辺の長さが短いほど膨張量が低減し、長辺側で外装フィルム11どうしに作用する引き剥がし応力が低下する。すなわち、図5で示すように、固定バンド3で分割された領域の短辺方向の長さをAとし、長辺方向の長さをBとしたとき、A/Bの値が小さいほど開放圧が高くなる。そのため、第5の実施の形態のフィルム外装電池は、第2〜第4の実施形態で示したフィルム外装電池と比べて開放圧が高くなってしまう。
したがって、第5の実施の形態で示す構成は、ガスの放出方向を電池本体1の長辺側に設定する必要があり、かつフィルム外装電池の膨張時における筐体の保護が必要な場合に採用すればよい。
(第6の実施の形態)
図6は、第6の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。
図6に示すように、第6の実施の形態のフィルム外装電池は、電池本体1外周の固着部12のうち、一方の短辺(図6では外部端子2間)に開放弁を設け、電池本体1の長辺を3分割するように、該電池本体1を、その短辺と平行な方向に2本の帯状の固定バンド3を用いて拘束した構成である。固定バンド3の数は、2本に限定されるものではなく、3本以上であってもよい。
図6に示すような第6の実施の形態のフィルム外装電池においても、第2の実施の形態のフィルム外装電池と同様の効果を得ることができる。
なお、第6の実施の形態のフィルム外装電池では、複数の固定バンド3を用いているため、第2〜第4の実施の形態と比べて固定バンド3のコストが上昇する。
また、電池本体1を複数の固定バンド3を用いて拘束することで、図6に示すように、固定バンド3で分割された、開放弁13を含む領域では、第5の実施の形態のフィルム外装電池と同様にA/Bの値が小さくなる。そのため、第6の実施の形態のフィルム外装電池は、第2〜第4の実施の形態で示したフィルム外装電池と比べて開放圧が高くなる。
したがって、第6の実施の形態で示す構成は、例えば、電池本体1の長辺が長大であり、1本の固定バンド3では、電池本体1の短辺が該固定バンド3で分割された領域の長辺とならない場合等に採用すればよい。
(第7の実施の形態)
図7は、第7の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。
図7に示すように、第7の実施の形態のフィルム外装電池は、電池本体1を拘束する固定バンド3の幅が、第2〜第6の実施の形態で示したフィルム外装電池が備える固定バンド3の幅よりも広い構成である。図7は、図2に示した第2の実施の形態の固定バンド3のおよそ2倍の幅を有する固定バンド3を用いた例を示している。その他の構成は、図2に示した第2の実施の形態のフィルム外装電池と同様であるため、その説明は省略する。
図7に示すような第7の実施の形態のフィルム外装電池においても、第2の実施の形態のフィルム外装電池と同様の効果を得ることができる。
なお、第7の実施の形態のフィルム外装電池では、幅の広い固定バンド3を用いるため、第2〜第4の実施の形態と比べて固定バンド3のコストが上昇する。
また、幅の広い固定バンド3を用いて電池本体1を拘束することで、図7に示すように、固定バンド3で分割された、開放弁13を含む領域では、第5及び第6の実施の形態のフィルム外装電池と同様にA/Bの値が小さくなる。そのため、第7の実施の形態のフィルム外装電池は、第2〜第4の実施の形態で示したフィルム外装電池と比べて開放圧が高くなる。
したがって、第7の実施の形態で示す構成は、第6の実施の形態と同様に、例えば、電池本体1の長辺が長大であり、幅の狭い固定バンド3では、電池本体1の短辺が該固定バンド3で分割された領域の長辺とならない場合等に採用すればよい。
(第8の実施の形態)
第8の実施の形態では、より低い電池本体1の内圧でガスを放出できる開放弁の形状について提案する。第8の実施の形態で示す開放弁の形状は、上記第1〜第7の実施の形態で示したフィルム外装電池のいずれにも適用可能である。
図8Aは本発明のフィルム外装電池に好適な開放弁の一構成例を示す平面図であり、図8Bは本発明のフィルム外装電池に好適な開放弁の他の構成例を示す平面図である。図8A及び8Bでは、電池本体1の短辺側(外部端子2間)に開放弁を設ける例を示している。
図8Aに示す開放弁13Aは、電池本体1外周の固着部(第1の固着部)12Aの内側に開放弁13Aとなる固着部(第2の固着部)12Bをさらに設け、該第2の固着部12Bに貫通穴が設けられた構成である。電池本体1の短辺方向における第2の固着部12Bの幅は、貫通穴の直径よりもわずかに大きい値に設定される。
このような構成では、電池本体1の膨張時、第1の固着部12Aと接しない第2の固着部12Bの3方向から引き剥がし応力が作用する。そのため、第1の固着部12A内に貫通穴を設けた開放弁13よりも、より低い内圧で開放弁13Aが引き剥がされてガスが放出される。なお、第2の固着部12Bの幅は、貫通穴の直径に近い方がより開放弁13Aが引き剥がされ易いという効果がある。
図8Bに示す開放弁13Bは、電池本体1外周の固着部(第1の固着部)12Aの内側に開放弁13Bとなる固着部(第2の固着部)12Bを設け、該第2の固着部12Bに貫通穴が設けられた構成である。さらに、図8Bに示す開放弁13Bは、第1の固着部12Aに凹状部を設け、該凹状部の窪み内に第2の固着部12Bが設けられている。凹状部の窪み幅は、第2の固着部12Bの幅よりも長いものとする。
このような構成では、電池本体1の膨張時、図8Aに示した開放弁13Aと同様に、第1の固着部12Aと接しない第2の固着部12Bの3方向から引き剥がし応力が作用する。また、図8Bに示す開放弁13Bでは、第1の固着部12Aと平行な方向から第2の固着部12Bに作用する引き剥がし応力が強くなる。そのため、第1の固着部12A内に貫通穴を設けた開放弁13よりも、より低い内圧で開放弁13Bが引き剥がされてガスが放出される。
なお、上述したように、フィルム外装電池では、外装フィルム11に封入された正極及び負極(不図示)と外部端子2とが、それぞれ電極引き出しタブを介して接続されている。これら2つの電極引き出しタブの間は、通常、有効に活用されていない空間であるため、図8A及び8Bで示すように外部端子2間(電極引き出しタブ間)に開放弁(第2の固着部)13A及びBを設けてもフィルム外装電池全体の大きさを変える必要はない。第1〜第8の実施の形態では、電池本体1の一方の短辺から2つの外部端子2がそれぞれ引き出された構成例を示しているが、電池本体1の一方の長辺から2つの外部端子2がそれぞれ引き出される構成も同様である。
一方、外部端子2の無い電池本体1長辺及び短辺に開放弁13A及びBを設ける場合は、電池本体1外周の固着部(第1の固着部)12Aの内側に第2の固着部12Bを設ける必要があるため、フィルム外装電池の長辺または短辺の長さを第2の固着部12Bのサイズに合わせて長くする必要がある。
そのため、第8の実施の形態で示す開放弁13A及びBの形状は、上記第1、第3〜第5の実施の形態で示したフィルム外装電池にも適用可能ではあるが、外部端子2間に開放弁を設ける第2、第6及び第7の実施の形態で示したフィルム外装電池に適用することがより好ましい。
1 電池本体
2 外部端子
3 固定バンド
11 外装フィルム
12 固着部
12A 第1の固着部
12B 第2の固着部
13、13A、13B 開放弁

Claims (10)

  1. 外装フィルムを外装体とする電池本体と、
    前記電池本体の一方の短辺からそれぞれ引き出された、正極端子及び負極端子からなる2つの外部端子と、
    を有し、
    前記電池本体の外周に設けられた前記外装フィルムを封止する固着部のうちの前記電池本体の長辺に、前記電池本体内で発生したガスを放出させるための開放弁が設けられたフィルム外装電池。
  2. 前記電池本体の短辺を分割するように、前記電池本体を、その長辺と平行な方向で拘束する帯状の固定バンドをさらに有する請求項1記載のフィルム外装電池。
  3. 外装フィルムを外装体とする電池本体と、
    前記電池本体の一方の短辺からそれぞれ引き出された、正極端子及び負極端子からなる2つの外部端子と、
    前記電池本体の長辺を分割するように、前記電池本体を、その短辺と平行な方向で拘束する帯状の固定バンドと、
    を有し、
    前記固定バンドは、前記電池本体の短辺が該固定バンドで分割された領域の長辺となるのに必要な幅であり、
    前記電池本体の外周に設けられた前記外装フィルムを封止する固着部のうちの前記電池本体の短辺に、前記電池本体内で発生したガスを放出させるための開放弁が設けられたフィルム外装電池。
  4. 前記電池本体が、複数の前記固定バンドで拘束された請求項2または3記載のフィルム外装電池。
  5. 前記開放弁が、前記外部端子間に設けられた請求項3また4記載のフィルム外装電池。
  6. 前記開放弁が、前記外部端子の無い前記電池本体の他方の短辺に設けられた請求項3または4記載のフィルム外装電池。
  7. 前記開放弁が、該開放弁が設けられた辺の略中央部に位置する請求項1から6のいずれか1項に記載のフィルム外装電池。
  8. 前記開放弁は、前記固着部の少なくともいずれか一方の前記外装フィルムに形成された貫通穴で構成される請求項1から7のいずれか1項に記載のフィルム外装電池。
  9. 前記開放弁は、
    前記電池本体の外周に設けられた前記固着部である第1の固着部のさらに内側に設けられた、貫通穴を含む第2の固着部で構成された請求項5に記載のフィルム外装電池。
  10. 前記第1の固着部に凹状部を備え、
    該凹状部の窪み内に前記第2の固着部が設けられ、
    前記凹状部の窪み幅が前記第2の固着部の幅よりも長い請求項9に記載のフィルム外装電池。
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